專(zhuān)利名稱(chēng)：與離子注入有關(guān)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于使用離子束在襯底中注入離子的方法以及與這種方法一起使用的離子注入機(jī)，其中離子束中可能存在不穩(wěn)定性。本發(fā)明還關(guān)于產(chǎn)生離子束的離子源，離子源可以被快速切斷。
背景技術(shù)：
離子注入機(jī)是公知的，并一般符合下述的普通設(shè)計(jì)。離子源從一種前體氣體或類(lèi)似的物質(zhì)產(chǎn)生混合的離子束。通常僅僅需要某個(gè)特定的離子種類(lèi)注入襯底，例如，注入半導(dǎo)體晶片的某種特定的摻雜物。利用質(zhì)量分析磁鐵與質(zhì)量分辨狹縫(mass-resolving slit)從混合離子束選出所需的離子。這樣，幾乎只有所需離子種類(lèi)的離子束通過(guò)質(zhì)量分辨狹縫，然后被傳輸?shù)教幚硎?，在處理室?nèi)，離子束入射到襯底上，該襯底被襯底支架固定在離子束軌跡中的位置上。
用于注入的離子束的橫截面面積常常比要注入的襯底的面積小。為了確保離子注入遍及整個(gè)襯底，使離子束和襯底彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)以便離子束掃描整個(gè)襯底表面。這可以通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)(a)偏轉(zhuǎn)離子束來(lái)掃過(guò)襯底，該襯底被固定在一個(gè)固定的位置，(b)機(jī)械地移動(dòng)襯底，而保持離子束軌跡固定，或者(c)偏轉(zhuǎn)離子束和移動(dòng)襯底來(lái)實(shí)現(xiàn)。
一般一個(gè)接一個(gè)連續(xù)地進(jìn)行襯底注入或者一次進(jìn)行批量襯底注入對(duì)于順序處理(serial processing)，離子束和襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)，以使離子束通過(guò)來(lái)回地掃描整個(gè)襯底來(lái)描繪出(trace)襯底表面上的光柵圖樣以形成一系列平行、等間隔的掃描線(xiàn)；對(duì)于批處理，襯底被固定在旋轉(zhuǎn)輪(rotating wheel)的輪輻上，以使離子束以一系列掃描線(xiàn)的形式掃描通過(guò)每個(gè)襯底，所述掃描線(xiàn)形成相鄰的弧。
為了實(shí)現(xiàn)均勻的注入，在鄰近的掃描線(xiàn)之間必須有足夠重疊。換言之，如果相鄰掃描線(xiàn)之間的間隔(相對(duì)于離子束的寬度斷面圖)太大，由提高的和降低的摻雜級(jí)引起的周期性條帶會(huì)導(dǎo)致襯底“被條帶化”。
如果入射到襯底上的離子束本身不是隨時(shí)間均勻的，那么上述的預(yù)防措施就不能起到作用。遺憾的是，離子束的不穩(wěn)定是不可避免的而且是由例如離子源區(qū)域的放電引起的。這些不穩(wěn)定的結(jié)果是在離子束中產(chǎn)生“干擾”，在此情況下，通量經(jīng)常會(huì)在短時(shí)間內(nèi)顯著下降。離子束通量的下降導(dǎo)致半導(dǎo)體晶片區(qū)域接收較低級(jí)的摻雜，這可能導(dǎo)致生產(chǎn)出有缺陷的半導(dǎo)體器件。更罕見(jiàn)地，在離子束通量中觀察到快速的上升。同樣，這產(chǎn)生可能導(dǎo)致缺陷器件的不正確的摻雜。
上述問(wèn)題對(duì)于順序處理的離子注入機(jī)尤為嚴(yán)重，這種注入機(jī)用機(jī)械掃描的襯底支座，如現(xiàn)在將解釋的。為了生成光柵圖樣，襯底支座以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的形式運(yùn)動(dòng)，并且有一個(gè)最大速度限制以生成光柵圖樣。迄今，此速度仍然遠(yuǎn)低于由可旋轉(zhuǎn)的批處理襯底支座(batch substrateholder)能達(dá)到的掃描速度?？鞉呙杷俣纫箅x子束多次掃描襯底以實(shí)現(xiàn)所希望的摻雜在單次掃描過(guò)程中的離子束的任何不穩(wěn)定導(dǎo)致小的殘留摻雜錯(cuò)誤(residual dosing error)，殘留摻雜錯(cuò)誤是由于后續(xù)的多次掃描造成的稀釋(dilution)引起的。在順序處理(serial processing)中不良效果更嚴(yán)重，在順序處理中慢掃描速度導(dǎo)致需要更少的掃描次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的摻雜。
離子束不穩(wěn)定的問(wèn)題先前已經(jīng)解決了，參見(jiàn)White等人的文章“IonBeam Optics of a Single Wafer High Current Ion Implanter，Proceedings of the Eleventh International Conference on IonImplantation Technology，North Holland(1997)，pages 396-399”。但是，此公開(kāi)是在使用帶狀束(即束寬度比襯底更寬的束，以便掃描只在垂直于束的寬度的方向上而不是在機(jī)械掃描中的二維方向上有效)的大電流(high-current)注入情況下做出的。掃描過(guò)程中，一旦檢測(cè)到束不穩(wěn)定，離子束對(duì)剩余的掃描關(guān)閉(gate off)。然后在相反的方向重復(fù)掃描，并且離子束在到達(dá)對(duì)應(yīng)于已經(jīng)檢測(cè)到不穩(wěn)定的位置時(shí)被再次關(guān)閉。
因此，需要一種方法解決離子束不穩(wěn)定的問(wèn)題，以便能夠?qū)崿F(xiàn)襯底的均勻摻雜，特別是對(duì)于使用的離子束尺寸比襯底小的系統(tǒng)，以及對(duì)于機(jī)械掃描注入的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種使用離子束在襯底中注入離子的方法，所述離子束的橫截面尺寸比所述襯底小，所述方法包括以下步驟(a)在所述襯底上沒(méi)有所述離子束的情況下，產(chǎn)生一穩(wěn)定的離子束；(b)通過(guò)引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以使所述離子束沿著至少一條軌跡橫掃過(guò)所述襯底來(lái)注入所述襯底；(c)在步驟(b)的過(guò)程中，監(jiān)測(cè)所述離子束的不穩(wěn)定性；(d)在檢測(cè)到離子束不穩(wěn)定時(shí)，隨著所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)離開(kāi)所述軌跡的未注入部分，切斷所述離子束；(e)當(dāng)所述離子束在步驟(d)中被切斷時(shí)，記錄斷開(kāi)位置，該斷開(kāi)位置對(duì)應(yīng)于所述離子束相對(duì)于所述襯底的位置；(f)再次產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束；和(g)通過(guò)引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沿著所述軌跡的未注入部分繼續(xù)注入所述襯底。
在檢測(cè)到不穩(wěn)定時(shí)，去除離子束是有利的，因?yàn)樗Ｖ棺⑷氩⒁虼吮苊庠谝r底中產(chǎn)生不均勻注入?yún)^(qū)。
記錄斷開(kāi)位置是有益的，因?yàn)樗试S控制進(jìn)一步的注入以確保襯底的均勻摻雜。當(dāng)采取行動(dòng)切斷離子束時(shí)(例如，中斷離子源的電源)可以記錄斷開(kāi)位置。如果做到了這一點(diǎn)，快速切斷離子束明顯是有利的。在切斷離子束時(shí)存在公知的等待時(shí)間，所述的斷開(kāi)位置可以被記錄為采取行動(dòng)切斷離子束的位置加上對(duì)應(yīng)于這個(gè)等待時(shí)間的距離。
可替代地，可以監(jiān)測(cè)離子束通量，并且當(dāng)離子束通量為0或者下降到閾值以下時(shí)，記錄斷開(kāi)位置。顯然，短語(yǔ)“當(dāng)離子束被切斷時(shí)，記錄斷開(kāi)位置，該斷開(kāi)位置對(duì)應(yīng)于所述離子束相對(duì)于所述襯底的位置”可以被解釋為涵蓋這些可能性。
此外，可以獲得離子束的斷面圖(profile)以識(shí)別在束中心的運(yùn)動(dòng)的離子形狀的任何變化。識(shí)別的任何變化可以通過(guò)調(diào)整束或者當(dāng)束沿著所述軌跡時(shí)稍微地改變束的位置來(lái)修正。
相對(duì)運(yùn)動(dòng)可能形成平行延伸的一系列掃描線(xiàn)，并且可選地，這些掃描線(xiàn)可能形成光柵圖樣。
優(yōu)選控制離子束和襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以確保與軌跡的先前注入部分的摻雜相同。例如，如果離子束有與它被去除前相同的通量，應(yīng)該使用相同的相對(duì)速度。如果確定了離子束通量中的差別，則可以調(diào)整相對(duì)速度以確保摻雜相同(也就是可以測(cè)量相對(duì)速度以響應(yīng)離子束通量的增加)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，步驟(f)包括，在步驟(g)之前，在所述襯底上沒(méi)有所述離子束的情況下，產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束；步驟(g)包括引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便所述離子束在相反的方向沿著所述軌跡運(yùn)動(dòng)，即與步驟(b)中的方向相反，并且當(dāng)所述離子束通過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)，切斷所述離子束。
重新啟動(dòng)離開(kāi)襯底的離子束，避免了注入中的不均勻，因?yàn)樗鲭x子束調(diào)整為穩(wěn)定的通量。此外，可以快速去除所述離子束，這樣摻雜濃度突然下降。而且，當(dāng)所述離子束到達(dá)所述斷開(kāi)位置時(shí)，切斷所述離子束的確切時(shí)間可以被調(diào)整，以?xún)?yōu)化任何短拖尾(tailing-off)區(qū)域的重疊，所述離子束在短拖尾區(qū)域被去除。由于在相反的方向掃描所述離子束，所以所述拖尾區(qū)域的重疊相互補(bǔ)充以給出所希望的均勻性。
根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例，步驟(g)進(jìn)一步包括，在斷開(kāi)位置，在所述離子束在正向(forward direction)上橫掃過(guò)所述軌跡的未注入部分之前，接通離子束，此正向與步驟(b)的方向相同。優(yōu)選地，步驟(g)包括引起所述離子束和所述襯底在正向上，從一點(diǎn)沿著所述軌跡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便所述離子束在穿過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)被接通。在啟動(dòng)所述離子束之后，有一段斷時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，所述離子束通量增加到它的穩(wěn)定值?？梢源_定這個(gè)行為，并且可以調(diào)整離子注入機(jī)的操作以確保拖尾區(qū)補(bǔ)充上升區(qū)(ramping-up)以給出均勻的摻雜，其中所述離子束在該拖尾區(qū)被去除，在該上升區(qū)被重新啟動(dòng)。離子束和襯底的相對(duì)速度的精確同步(exacttiming)可以被調(diào)整以提供均勻的摻雜。
通過(guò)在相反方向上掃描進(jìn)行恢復(fù)(recovery)時(shí)，所述方法進(jìn)一步包括在步驟(g)過(guò)程中重復(fù)步驟(c)、(d)和(e)，以使如果檢測(cè)到第二個(gè)束不穩(wěn)定，則所述軌跡的中央部分不被注入；并通過(guò)引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述離子束沿著所述軌跡的中央部分運(yùn)動(dòng)通過(guò)所述襯底來(lái)再次繼續(xù)注入所述襯底。優(yōu)選地，所述方法包括以下步驟沿著所述軌跡，在所述中央部分之外，開(kāi)始所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)?shù)谝淮未┻^(guò)斷開(kāi)位置時(shí)接通所述束，并且當(dāng)穿過(guò)另一個(gè)斷開(kāi)位置時(shí)切斷所述束。如可期望的，此摻雜可以在任一方向上進(jìn)行。
從第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種在襯底中注入離子的方法，所述襯底固定在可以沿著第一平移軸雙向運(yùn)動(dòng)的襯底支座上，所述方法包括以下步驟(a)在離子束離開(kāi)所述襯底的情況下，沿著所述第一軸，在鄰近所述襯底的起始位置，產(chǎn)生橫截面小于所述襯底的穩(wěn)定的離子束；(b)通過(guò)沿著所述第一軸移動(dòng)所述襯底支座，以便所述離子束沿著第一掃描線(xiàn)橫掃過(guò)所述襯底并繼續(xù)直到離開(kāi)所述襯底，進(jìn)行所述襯底注入；(c)引起所述離子束和所述襯底支座之間沿著第二條軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；(d)重復(fù)步驟(b)和(c)以注入穿過(guò)所述襯底的一系列掃描線(xiàn)；(e)在步驟(b)的注入過(guò)程中監(jiān)測(cè)所述離子束，并根據(jù)步驟(d)重復(fù)；(f)一旦檢測(cè)到離子束不穩(wěn)定時(shí)，切斷所述離子束，隨著所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)以離開(kāi)所述掃描線(xiàn)的未注入部分；(g)記錄斷開(kāi)位置，該斷開(kāi)位置對(duì)應(yīng)于當(dāng)所述離子束在步驟(f)被切斷時(shí)所述襯底支座的位置；(h)再次產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束；(i)通過(guò)沿著所述第一軸移動(dòng)所述襯底支座以使所述離子束掃描越過(guò)所述掃描線(xiàn)的未注入部分，以完成所述掃描線(xiàn)的注入；和(j)通過(guò)重復(fù)步驟(b)和(c)以完成穿過(guò)所述襯底的所述一系列掃描線(xiàn)來(lái)完成所述襯底的注入。
沿著所述第一軸的移動(dòng)可能形成一系列平行延伸的掃描線(xiàn)，并且可選地，所述掃描線(xiàn)可能形成光柵圖樣。所述移動(dòng)可能沿著所述第一軸的一個(gè)方向或者兩個(gè)方向。
步驟(c)優(yōu)選包括，沿著第二平移軸，相對(duì)于固定的離子束，平移所述襯底支座，第一軸和第二軸是垂直的?？商娲?，所述離子束可以沿著這樣的第二軸被偏轉(zhuǎn)。
從第三個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種離子注入機(jī)控制器，該控制器可用于產(chǎn)生注入到襯底中的離子束的離子注入機(jī)，所述控制器包括離子束切換裝置，其可用于引起離子束的接通和斷開(kāi)；掃描裝置，其可用于引起離子束和襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述離子束沿著至少一條軌跡橫掃過(guò)所述襯底；離子束監(jiān)測(cè)裝置，可用于在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，從其中接收表示離子束通量的信號(hào)和檢測(cè)離子束中的不穩(wěn)定；和指示(indexing)裝置，可用于確定在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所述離子束相對(duì)于所述襯底的位置；其中設(shè)置所述控制器以便離子束切換裝置可用于在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)離子束監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到離子束中的不穩(wěn)定時(shí)，使離子束切斷以離開(kāi)所述軌跡的未注入部分；指示裝置記錄當(dāng)離子束被切斷時(shí)離子束相對(duì)于襯底的斷開(kāi)位置；離子束切換裝置可用于再次接通離子束；和掃描裝置，可用于引起離子束和襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以使所述離子束沿著所述軌跡的未注入部分橫掃過(guò)所述襯底。
所述離子注入機(jī)控制器可能以硬件或者軟件形式具體化，也就是所述控制器的部件可以電子地實(shí)現(xiàn)或者使用計(jì)算機(jī)或類(lèi)似設(shè)備上提供的軟件實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，在某些部件基于電子組件而其他部件基于軟件的地方，可以遵循部分硬件和部分軟件的實(shí)現(xiàn)。
沿著所述第一軸的移動(dòng)可能形成一系列平行延伸的掃描線(xiàn)，可選地，所述掃描線(xiàn)形成光柵圖樣。所述移動(dòng)可能沿著所述第一軸的一個(gè)方向或者兩個(gè)方向。
從第四個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種使用離子束進(jìn)行襯底注入的離子注入機(jī)，其中包括上面描述的控制器。
從第五個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于離子注入機(jī)的離子源，其包括陰極、陽(yáng)極、用于相對(duì)于陰極偏置陽(yáng)極的偏置裝置、第一開(kāi)關(guān)、通過(guò)串聯(lián)的偏置裝置和開(kāi)關(guān)連接陽(yáng)極和陰極的第一電氣路徑，其中第一開(kāi)關(guān)可用于連通或者斷開(kāi)第一電氣路徑。這個(gè)簡(jiǎn)單的裝置快速地隔離偏置裝置，否則該偏置裝置相對(duì)于陰極偏置陽(yáng)極。因此，當(dāng)檢測(cè)到不穩(wěn)定時(shí)，離子束才可能被快速地去除。
可選地，所述離子源進(jìn)一步包括連接陽(yáng)極和陰極的第二導(dǎo)體路徑，其至少部分平行延伸穿過(guò)所述偏置裝置，該部分包括第二開(kāi)關(guān)，其可用于連通或者斷開(kāi)第二電氣路徑。優(yōu)選地，第一開(kāi)關(guān)可用于響應(yīng)第一二元切換信號(hào)，而第二開(kāi)關(guān)可用于響應(yīng)第二二元切換信號(hào)，第二二元切換信號(hào)是第一二元切換信號(hào)的補(bǔ)充。這使方便地切換陽(yáng)極電勢(shì)以相對(duì)于陰極偏置或者處于與陰極電勢(shì)相同成為可能。當(dāng)存在電勢(shì)差時(shí)，就產(chǎn)生離子束；當(dāng)不存在電勢(shì)差時(shí)，就沒(méi)有離子束。
優(yōu)選地，第一開(kāi)關(guān)和/或任何第二開(kāi)關(guān)是功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，因?yàn)檫@允許特別快速切換，并且因此特別快速地停止或者產(chǎn)生離子束。
本發(fā)明還擴(kuò)展到包括以上描述的離子源的離子注入機(jī)和切換這種離子源的方法，該方法包括操作第一開(kāi)關(guān)以中斷第一電氣路徑來(lái)響應(yīng)在由所述離子源產(chǎn)生的離子束中檢測(cè)到不穩(wěn)定。
這個(gè)方法還伴隨保持或者增加供應(yīng)給陰極的功率的步驟。例如，所述離子源可能包括間接加熱的陰極和三個(gè)電源燈絲電源(用于陰極的燈絲)、偏置電源(bias supply，用于在間接加熱的陰極內(nèi)加偏壓)和電弧電源(用于相對(duì)于陰極偏置陽(yáng)極)。由燈絲電源和偏置電源供應(yīng)的功率可能被保持或者增加以在操作第一開(kāi)關(guān)之前，與電弧電源的功率。這是為了當(dāng)電弧放電停止時(shí)，最小化離子源中的任何冷卻，并且特別是在陰極里。間接加熱的陰極包括在端蓋(end cap)之前的燈絲。增加由燈絲電源供應(yīng)的功率生成了更多的加速到端蓋中的電子，而增加由偏置電源供應(yīng)的功率增加了電子撞擊端蓋的能量在任一種情況下，陰極利用來(lái)自電子的更多熱量補(bǔ)償否則將由電弧提供的熱量。
本發(fā)明的其他優(yōu)選特征在所附的權(quán)利要求中闡明。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的示例，其中圖1是一種離子注入機(jī)的示意圖，其具有用于順序處理晶片的晶片支座；圖2是在離子注入機(jī)中使用的離子源的簡(jiǎn)化表示，其顯示用于偏置離子源不同部分的電源單元；圖3顯示穿過(guò)在順序處理中采用的晶片的離子束光柵掃描；圖4a到4d顯示根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的離子束掃描方案，其用于在離子注入過(guò)程中檢測(cè)到離子束中的干擾時(shí)；圖5a到5d對(duì)應(yīng)于圖4a到4d，但用于本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例；圖6a到6d對(duì)應(yīng)于圖4a到4d，但顯示在同一掃描線(xiàn)中離子束中有兩個(gè)干擾的情況；
圖7是包括回流電流監(jiān)測(cè)器(return current monitor)的第一個(gè)實(shí)施例的離子注入機(jī)示意圖；圖8是包括回流電流監(jiān)測(cè)器的第二個(gè)實(shí)施例的離子注入機(jī)示意圖；和圖9對(duì)應(yīng)于圖2，但顯示電弧電源單元裝置的一種改進(jìn)。
具體實(shí)施例圖1顯示包括離子束源22比如弗里曼離子源(Freeman ion source)或者伯納斯離子源(Bernas ion source)的典型離子注入機(jī)20，該離子源被供應(yīng)前體氣體(pre-cursor gas)用于產(chǎn)生注入到晶片中的離子束23。在離子源22中產(chǎn)生的離子被抽取電極裝置(extraction electrodeassembly)抽取。飛行管(flight tube)24是和離子源22電絕緣的，并且由高壓電源26供應(yīng)它們之間的電勢(shì)差。
這個(gè)電勢(shì)差導(dǎo)致帶正電的離子從離子源22被抽取到飛行管24中。飛行管24包括質(zhì)量分析裝置，該質(zhì)量分析裝置包括質(zhì)量分析磁鐵28和質(zhì)量分辨狹縫32。在進(jìn)入到飛行管24內(nèi)的質(zhì)量分析裝置時(shí)，帶電離子被質(zhì)量分析磁鐵28的磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)。通過(guò)恒磁場(chǎng)，每個(gè)離子的飛行路徑的半徑和曲率由單個(gè)離子的荷質(zhì)比確定。
質(zhì)量分辨狹縫32確保只有具有選擇的荷質(zhì)比的離子從質(zhì)量分析裝置射出。事實(shí)上，與圖1的裝置相比，離子源22和質(zhì)量分析磁鐵28旋轉(zhuǎn)了90°，所以離子束23最初會(huì)垂直于紙平面運(yùn)動(dòng)。離子束23然后被質(zhì)量分析磁鐵28轉(zhuǎn)向以沿著紙面運(yùn)動(dòng)。通過(guò)質(zhì)量分辨狹縫32的離子進(jìn)入管34，管34電連接到飛行管24并且與飛行管24是一體的。經(jīng)過(guò)質(zhì)量選擇(mass-selected)的離子以離子束23的形式從管34射出并撞擊安裝在晶片支座38上的半導(dǎo)體晶片36。截流器(beamstop)40位于晶片支座38后面，以在離子束23沒(méi)有入射到晶片36或者晶片支座38時(shí)攔截離子束23。晶片支座38是順序處理晶片支座38，因此只支撐單個(gè)晶片36。晶片支座38可沿著X軸和Y軸移動(dòng)，離子束23的方向定義笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的Z軸。如圖1中看到的，X軸平行于紙平面延伸，而Y軸在進(jìn)出紙平面的方向延伸。
為了保持離子束流(ion beam current)在可接受的水平，由穩(wěn)定的高壓電源26設(shè)定離子抽取能量由于這個(gè)電源26，飛行管24相對(duì)于離子源22的電勢(shì)為負(fù)電勢(shì)。離子被保持在這個(gè)能量通過(guò)飛行管24直到它們從管34射出。通常希望離子撞擊晶片36的能量要比抽取能量低得多。在這種情況下，必須在晶片36和飛行管24之間施加反向偏壓(biasvoltage)。晶片支座38和截流器40包含在處理室42內(nèi)，處理室42通過(guò)絕緣支座44相對(duì)于飛行管24安裝。晶片支座38和截流器40都通過(guò)減速電源46被連接到飛行管24。晶片支座38和截流器40被保持在共同的接地電位，以便為了使帶正電的離子減速，減速電源46在飛行管24產(chǎn)生相對(duì)于接地的晶片支座38和截流器40的負(fù)電勢(shì)。
在某些情況下，希望在注入到晶片36之前加速離子。這通過(guò)反轉(zhuǎn)電源46的極性可容易地實(shí)現(xiàn)。在其他情況下，離子從飛行管24漂移(drift)到晶片36，也就是，不加速和減速。這可以通過(guò)提供轉(zhuǎn)換的電流通路以把電源46短路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖中顯示了典型的離子源22和與其相關(guān)聯(lián)的電源單元。離子源22包括由室壁50包圍的離子源室48。通過(guò)從位于離子源室48內(nèi)的陰極52發(fā)射電子和偏置(bias)室壁50形成陽(yáng)極，在等離子區(qū)中產(chǎn)生離子。在這個(gè)離子源22，使用間接加熱的陰極52。
間接加熱的陰極52包括由燈絲電源單元56供應(yīng)的燈絲54。燈絲電源56提供足夠大的電流以使從燈絲54發(fā)射熱電子。間接加熱的陰極52還包括圍住燈絲54的管58，其連接通過(guò)偏電源單元60，以便管58的電勢(shì)相對(duì)于燈絲54為正。這確保由燈絲54發(fā)射的電子被吸引和加速到管58的端蓋中。電子的撞擊加熱了管58的端蓋，以使它發(fā)射電子到離子源室48中。
室壁50通過(guò)連接到電弧電源單元62而被保持在相對(duì)于管58的正電勢(shì)。據(jù)此，從管58發(fā)射的電子被吸引到室壁50。事實(shí)上，通過(guò)使用一對(duì)相關(guān)聯(lián)的電磁線(xiàn)圈(沒(méi)有顯示)產(chǎn)生穿過(guò)離子源22的磁場(chǎng)，約束從陰極52發(fā)射的電子的運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以使陰極52發(fā)射的電子循著螺旋路徑向離子源室48遠(yuǎn)端運(yùn)動(dòng)。
位于這個(gè)遠(yuǎn)端的是也連接到偏置電源60的輔助陰極(counter-cathode)64，使得輔助陰極64處在與間接加熱的陰極52的管58相同的電勢(shì)。據(jù)此，接近輔助陰極64的電子被彈回以便于它們?cè)谙喾吹姆较蜓刂菪窂竭\(yùn)動(dòng)回去。這增加了電子和充滿(mǎn)離子源室48的前體氣體相互作用的機(jī)會(huì)，因此產(chǎn)生更多的離子，這些離子可能通過(guò)室壁50里提供的孔66被抽取以形成離子束23。
如前面描述的，晶片支座38可以沿著X軸和Y軸移動(dòng)。晶片支座38的移動(dòng)被控制以便于固定的離子束23根據(jù)圖3所示的光柵圖樣68掃描穿過(guò)晶片36。雖然相對(duì)于固定的離子束23掃描晶片36，但圖3的光柵圖樣68相當(dāng)于在固定的晶片36上被掃描的離子束23(并且這個(gè)方法實(shí)際上用在某些離子注入機(jī)中)。由于想象掃描離子束23更直觀，所以以下的描述將遵循這個(gè)慣例，雖然實(shí)際上離子束23是不動(dòng)的，而是晶片在被驅(qū)動(dòng)掃描。
離子束23被掃描過(guò)晶片，以形成平行的間隔掃描線(xiàn)70的光柵圖樣。這是通過(guò)沿著X軸方向向前掃描離子束23以形成第一掃描線(xiàn)70直到該離子束再次離開(kāi)(is clear of)晶片36，沿著Y軸方向向上移動(dòng)離子束23，如72所示的，沿著X軸方向向后掃描離子束23直到再次掃過(guò)晶片36，沿著Y軸方向72向上移動(dòng)離子束23，直到整個(gè)晶片36都被離子束23掃過(guò)。
在離子束23掃描穿過(guò)晶片36的過(guò)程中，測(cè)量離子束流以便可以檢測(cè)到離子束通量中的任何干擾(glitch)。離子束流如何被測(cè)量以及對(duì)應(yīng)于干擾的條件將在后面進(jìn)行詳細(xì)描述。由于掃描是以受控的方式，通過(guò)移動(dòng)晶片支座38進(jìn)行的，所以在任何時(shí)候都知道離子束23相對(duì)于晶片36的位置。因此，在檢測(cè)到干擾時(shí)或者離子束23關(guān)閉時(shí)，可以確定離子束23在晶片36上的位置。
圖4a顯示了注入過(guò)程中，形成的光柵掃描68的初始階段。在晶片36上已經(jīng)形成了7個(gè)完整的光柵掃描線(xiàn)70。但是，在第8條掃描線(xiàn)74期間，檢測(cè)到離子束23中的干擾。離子注入機(jī)20通過(guò)盡可能快地去除離子束23來(lái)響應(yīng)檢測(cè)到的干擾。去除離子束23導(dǎo)致離子束23在圖4a所示的位置76被切斷，并且這個(gè)位置被適時(shí)地記錄為關(guān)于晶片支座38的已知位置的“斷開(kāi)”位置。
當(dāng)離子束23被去除時(shí)和去除之后，晶片支座38的移動(dòng)繼續(xù)沿著掃描線(xiàn)，以便假定離子束23仍然處于接通狀態(tài)時(shí)，其會(huì)在正向循著當(dāng)前掃描線(xiàn)的余下部分運(yùn)動(dòng)并超過(guò)晶片36的遠(yuǎn)側(cè)端位置79(這個(gè)移動(dòng)在圖4b中由虛線(xiàn)78顯示)。在圖4到圖6，實(shí)線(xiàn)表示在離子束23接通時(shí)晶片支座38的移動(dòng)，而虛線(xiàn)表示離子束23切斷時(shí)晶片支座38的移動(dòng)。
在這個(gè)位置79，離子束23被再次接通并被監(jiān)測(cè)以檢測(cè)何時(shí)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。一旦確認(rèn)到一個(gè)穩(wěn)定的離子束23時(shí)，晶片支座38再次移動(dòng)以便它循著當(dāng)前的掃描線(xiàn)，但是是在相反的方向，如實(shí)線(xiàn)80所示。圖4c顯示線(xiàn)78和80為了清晰顯示而互相偏移開(kāi)事實(shí)上，離子束23(不管斷開(kāi)還是接通)的軌跡通常與相同的掃描線(xiàn)74重合。據(jù)此，當(dāng)前掃描線(xiàn)74的余下部分被注入。為確保跨越整個(gè)掃描線(xiàn)74的均勻注入，在“斷開(kāi)”位置76同樣快速去除離子束23，其中在此斷開(kāi)位置處是因?yàn)闄z測(cè)到干擾后去除離子束23的。這顯示在圖4c中，在到達(dá)“斷開(kāi)”位置76時(shí)，晶片支座38在相反的方向沿著掃描線(xiàn)70繼續(xù)移動(dòng)，以便于假定離子束23仍然處于接通狀態(tài)時(shí)，其會(huì)掃描穿過(guò)晶片36以在鄰近晶片36的邊緣的位置83結(jié)束(該移動(dòng)由虛線(xiàn)82表示)。
離子束23在83再次重新啟動(dòng)，一旦確認(rèn)到一個(gè)穩(wěn)定的離子束23時(shí)，進(jìn)行光柵掃描68的余下部分，如圖4d所示。以這種方式，實(shí)現(xiàn)了穿過(guò)整個(gè)晶片36的均勻注入。
當(dāng)離子束23將入射到晶片36上時(shí)，重新啟動(dòng)它是不可取的，因?yàn)檫@將在那個(gè)點(diǎn)再次注入。此外，當(dāng)離子束23將入射到晶片支座38上時(shí)，重新啟動(dòng)它是不可取的，因?yàn)檫@可能產(chǎn)生污染。當(dāng)晶片支座38沿著X軸臨近晶片36延伸時(shí)可能就是這種情況，因而僅僅沿著X軸移動(dòng)可能不足以確保離子束完全離開(kāi)晶片支座38。據(jù)此，在已經(jīng)循著掃描線(xiàn)70移動(dòng)之后，其中在檢測(cè)到干擾后切斷了離子束23，在重新啟動(dòng)離子束23之前，晶片支座38沿著Y軸方向被移動(dòng)，否則離子束23會(huì)撞擊晶片支座38。一旦獲得穩(wěn)定的離子束23，就沿著Y軸方向向回移動(dòng)晶片支座38，并且沿著掃描線(xiàn)70進(jìn)行下一次移動(dòng)。
圖5a到5d顯示了從離子束23的干擾中恢復(fù)的可替代的方法。假設(shè)與關(guān)于圖4a描述的啟動(dòng)條件相同，并且這些反映在圖5a中，其中離子束23在沿著掃描線(xiàn)74的向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在所顯示的“斷開(kāi)”位置76被去除。
除了去除離子束23，晶片支座38的移動(dòng)被停止，然后反向，以便于假定離子束23仍然是接通的條件下，其會(huì)循著當(dāng)前的掃描線(xiàn)74，但是是在相反的方向運(yùn)動(dòng)，直到在79處完全離開(kāi)晶片36。這個(gè)移動(dòng)在圖5b中由虛線(xiàn)84表示。
再次啟動(dòng)晶片支座38的移動(dòng)，并且離子束23仍然是斷開(kāi)的，以便離子束23會(huì)在虛線(xiàn)86表示的正向循著當(dāng)前掃描線(xiàn)74運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)“斷開(kāi)”位置76時(shí)，快速接通離子束23，同時(shí)晶片支座38的移動(dòng)繼續(xù)以完成當(dāng)前的掃描線(xiàn)70。這由圖5c中在83處結(jié)束的實(shí)線(xiàn)88表示，并使所述的掃描線(xiàn)74被均勻注入。如圖5d所示，可以繼續(xù)掃描以完成光柵掃描68，并因此實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶片36的均勻注入。
圖4a到4d的方法優(yōu)于圖5a到5d的方法。這是因?yàn)槿コx子束23比接通它快，并且在離子束23穩(wěn)定(settle)時(shí)，接通離子束23不可避免地產(chǎn)生不均勻的注入。
當(dāng)然，在沿著掃描線(xiàn)74進(jìn)行第二次通過(guò)80、88掃描的過(guò)程中，存在可能發(fā)生另一個(gè)束不穩(wěn)定的可能性，其中在掃描線(xiàn)74處先前的干擾正在被修復(fù)。假設(shè)這發(fā)生在參考圖5a到5d描述的方法中，可以通過(guò)一次又一次地重復(fù)相同的方法來(lái)容易地克服。特別是，晶片支座38能夠沿84被平移回當(dāng)前掃描線(xiàn)70的起始位置79，晶片支座38沿著當(dāng)前掃描線(xiàn)70移動(dòng)84，并且當(dāng)離子束23到達(dá)先前的“斷開(kāi)”位置76時(shí)，被快速地接通。以這種方式，整個(gè)掃描線(xiàn)70在相同方向被許多次連續(xù)的掃描注入。
明顯地，這個(gè)狀況不同于參考圖4a到4d已經(jīng)描述的方法。采用從兩個(gè)干擾恢復(fù)的混合方法，現(xiàn)在將參考圖6a到6d描述該方法。圖6a對(duì)應(yīng)于圖4b，因此描述了已經(jīng)檢測(cè)到離子束23干擾的情況，離子束23在76被切斷并且晶片支座38已經(jīng)被移動(dòng)，以便假定離子束23被接通的情況下，它會(huì)沿著線(xiàn)78移動(dòng)以在晶片的邊緣在79處結(jié)束。
圖6b顯示了恢復(fù)操作的開(kāi)始，其中離子束23在79處接通，并且一旦確認(rèn)得到穩(wěn)定的離子束23時(shí)，移動(dòng)晶片支座38以便沿著當(dāng)前掃描線(xiàn)74在80所示的相反方向進(jìn)行注入。但是，在圖6b顯示的點(diǎn)90檢測(cè)到另一個(gè)干擾，并且離子束23被切斷并記錄第二個(gè)“斷開(kāi)”位置90。
當(dāng)晶片支座38的平移繼續(xù)時(shí)去除離子束23，以便假定離子束23仍然被接通的情況下，它會(huì)沿著相反的方向循著當(dāng)前掃描線(xiàn)70到達(dá)晶片36的遠(yuǎn)端83(移動(dòng)由虛線(xiàn)92表示)。晶片支座38的移動(dòng)然后被反向以在正向循著當(dāng)前的掃描線(xiàn)70并沿著當(dāng)前掃描線(xiàn)70的整個(gè)長(zhǎng)度繼續(xù)。在這個(gè)移動(dòng)過(guò)程中，如94所示，離子束23初始是斷開(kāi)的，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一個(gè)“斷開(kāi)”位置76，離子束23被接通以形成線(xiàn)96，然后當(dāng)?shù)竭_(dá)第二個(gè)“斷開(kāi)”位置90時(shí)離子束23被斷開(kāi)以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，如虛線(xiàn)98所示。
據(jù)此，當(dāng)前掃描線(xiàn)70的剩余中央部分被注入，并因此形成具有均勻注入的完全掃描線(xiàn)70。和前面一樣，可以使用圖6d所示的標(biāo)準(zhǔn)光柵圖樣68注入晶片36的剩余部分。因?yàn)閺牡诙€(gè)離子干擾恢復(fù)依賴(lài)于重新啟動(dòng)離子束23的較差方法，同時(shí)離子束23掃描穿過(guò)晶片36，因此當(dāng)在位置79，第一次重新啟動(dòng)離子束23時(shí)，檢查離子束23的穩(wěn)定性是重要的。顯然，最好避免需要在單條掃描線(xiàn)74中從兩個(gè)干擾恢復(fù)。
為了確定束干擾何時(shí)發(fā)生，通過(guò)使用回流電流監(jiān)測(cè)器來(lái)連續(xù)監(jiān)控離子束流。現(xiàn)在將參考圖7描述這個(gè)裝置。
如前面提到的，在通常的操作中，減速電源46產(chǎn)生相對(duì)于接地的晶片支座38和截流器40的負(fù)電勢(shì)，以減速?gòu)墓?4射出的帶正電離子。為了使減速電源46保持晶片支座38/截流器40和飛行管24之間的穩(wěn)定電壓，重要的是確保正向電流(forward current)流過(guò)減速電源46以補(bǔ)償流過(guò)飛行管24和晶片支座38/截流器40之間的帶正電離子。這是通過(guò)連接與電源46平行的減速電源負(fù)載電阻122實(shí)現(xiàn)的。
為了冷卻束線(xiàn)(beam line)中的裝置和離子注入機(jī)20的離子源區(qū)域，需要來(lái)自位于地電勢(shì)的熱交換器的閉合冷卻水流。該水流和返回管道必須穿過(guò)后置質(zhì)量(post mass)加速或減速電壓差(voltage gap)。水是微導(dǎo)電的并且部分從晶片36產(chǎn)生的回流電流(return current)通過(guò)這些管道。這表示另一個(gè)和減速電源46平行的有效負(fù)載電阻。雖然通過(guò)用于冷卻晶片支座38(通常被除去離子)的水的電流一般是可以忽略的，但通過(guò)冷卻管道的回流電流(return current)沒(méi)有必要是可忽略的。例如，當(dāng)使用高后置質(zhì)量加速或減速電壓時(shí)，可能出現(xiàn)幾(毫安)mA的冷卻水電流。顧及這一點(diǎn)，圖7顯示和減速電源負(fù)載電阻122與減速電源46平行放置的冷卻系統(tǒng)電阻124。圖7還顯示了開(kāi)關(guān)125，其允許當(dāng)以‘漂移’模式操作時(shí)減速電源46被短路。
流過(guò)減速電源負(fù)載電阻122的電流然后將會(huì)是通過(guò)減速電源的正向電流IDECEL和被晶片36與截流器40吸收的凈電流IBEAM之和減去小的冷卻系統(tǒng)水電流。
截流器40的輸出由產(chǎn)生代表截流器電流的電壓信號(hào)的第一電流監(jiān)測(cè)器126監(jiān)控。這個(gè)電壓信號(hào)被連接到比較器128的一個(gè)輸入，如下面將要描述的。離子注入機(jī)20還包含安置在總電流(束電流和減速電流之和)路徑中的第二電流監(jiān)測(cè)器130，當(dāng)它返回飛行管24。第二電流監(jiān)測(cè)器130也產(chǎn)生表示返回飛行管24的總電流的電壓信號(hào)VTOTAL。在一個(gè)實(shí)施例中，可以直接測(cè)量信號(hào)VTOTAL而不將它與截流器電流進(jìn)行比較。
可替代地，信號(hào)VTOTAL被送入比較器128的第二個(gè)輸入。因此比較器128產(chǎn)生代表截流器電流IBEAMSTOP和返回到飛行管24的總電流ITOTAL之差的輸出電壓VDIFF。
這個(gè)裝置在我們的No.6608316號(hào)美國(guó)申請(qǐng)中有更詳細(xì)的描述，這個(gè)申請(qǐng)整個(gè)在此作為參考并入。簡(jiǎn)單地說(shuō)，電流監(jiān)測(cè)器126的電壓輸出連接到實(shí)現(xiàn)比較器128的功能的差分放大器。來(lái)自晶片支座38與截流器40的總電流通過(guò)減速電源46、減速電源負(fù)載電阻122和任何冷卻系統(tǒng)124。總電流ITOTAL被送入第二個(gè)電流監(jiān)測(cè)器130，電流監(jiān)測(cè)器130以類(lèi)似于第一個(gè)電流監(jiān)測(cè)器126的方式工作。
監(jiān)測(cè)返回到飛行管24的總電流而不是返回截流器40或者以及返回截流器40的總電流的好處是當(dāng)它影響晶片支座38/截流器40部件時(shí)，它廣泛地表示為在那個(gè)點(diǎn)的離子束流。例如，離子源22中的任何電弧將表明它自己是離子束23中的干擾。這然后又可能通過(guò)監(jiān)測(cè)ITOTAL被監(jiān)測(cè)到。在注入周期的任何時(shí)間，可能獲得離子束完整性的量化表示，因?yàn)檫@是本發(fā)明的這個(gè)方法要求的。特別是，電流監(jiān)測(cè)器130的輸出的電壓信號(hào)允許離子束23的寬帶穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)(wide band stability monitoring)。
圖7所示的裝置特別適用于晶片36的批處理，因?yàn)榻亓髌?0測(cè)量的電流中的波動(dòng)問(wèn)題被很大程度上避免了。由于當(dāng)離子束23正在撞擊晶片36時(shí)產(chǎn)生的返流電子，ITOTAL是稍微不正常的。對(duì)于帶正電離子，從晶片36釋放的某些電子在離子減速過(guò)程中被加速離開(kāi)，因此增加了返回到飛行管24的電流。截流器40有效地捕獲二次電子，但是當(dāng)晶片支座38不堵塞離子束23時(shí)，就沒(méi)有返流電子來(lái)增大電流。當(dāng)離子束23整個(gè)入射到截流器40上時(shí)，截流器電流實(shí)際等于返回飛行管24的電流束，也就是IBEAMSTOP＝ITOTAL。因此，比較器128的差分輸出在這種情況下約為0，因此能夠被用于區(qū)分由電流截流器測(cè)量確定的測(cè)量的束電流和入射到晶片36上的電流相反。
圖8顯示一個(gè)入射離子束23電流測(cè)量裝置的替代實(shí)施例。許多部件對(duì)應(yīng)于圖7中所示的那些部件，因此用對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。
如圖8所示，不是使用減速離子電源46，而是將一個(gè)可變電阻132放置在電流路徑中，該路徑從晶片支座38和截流器40返回離子束流到飛行管24。雖然可變電阻132可能由無(wú)源器件組成，更優(yōu)選的是使用一系列有源器件比如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。圖8裝置的工作方式在上面提到的美國(guó)專(zhuān)利No.6608316和英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.9523982.8中有更詳細(xì)的描述。
簡(jiǎn)要地說(shuō)，晶片支座38/截流器40(通常保持在接地電位)和飛行管24之間的電勢(shì)差通過(guò)變化晶片支座38/截流器40(在接地電位)和飛行管24之間串聯(lián)的FET鏈的電阻來(lái)控制。這是通過(guò)測(cè)量穿過(guò)FET鏈的電壓來(lái)完成的，并且分壓器使用差分放大器緩沖該電壓和將該電壓與參考電壓(VREF)進(jìn)行比較。由分壓器測(cè)量的錯(cuò)誤信號(hào)(也就是所希望的加速電勢(shì)和有效減速電勢(shì)之間的放大差)被用于調(diào)整FET鏈的有效電阻。
穿過(guò)FET鏈的電勢(shì)下降VTOTAL是返回飛行管24的總電流的表示。在一個(gè)實(shí)施例中，這被輸入到可以是差分放大器的比較器128。比較器128的另一個(gè)輸入是代表截流器電流的電壓。這是從截流器電流監(jiān)測(cè)器126得來(lái)的。比較器128的輸出類(lèi)似于已經(jīng)參考圖7描述的輸出。有了圖7中顯示的裝置，可能直接測(cè)量電壓信號(hào)VTOTAL而不是與截流器電流信號(hào)比較。
離子束23電流的連續(xù)測(cè)量被用于確定是否已經(jīng)發(fā)生束干擾。監(jiān)視連續(xù)束電流的快速變化而不是緩慢變化以指出束干擾。這是因?yàn)殡x子束電流中的緩慢變化頻繁發(fā)生并且可能是由于象離子束23的殘留氣體中性狀態(tài)這樣的機(jī)制造成的。可以設(shè)置變化率的閾值并且這可能由任何特定的離子注入方法規(guī)定。
不滿(mǎn)足緩慢變化標(biāo)準(zhǔn)的任何事件被假設(shè)是指出變化的不穩(wěn)定性在某個(gè)大小之上。
量化離子束電流中的變化是使用和平均離子束電流值的比較來(lái)進(jìn)行的。這個(gè)平均值是通過(guò)一旦已經(jīng)獲得穩(wěn)定的離子束，就取許多離子束電流讀數(shù)獲得的，例如通過(guò)使用總電流的滾動(dòng)平均值，該值是通過(guò)在50(毫秒)ms到200ms的時(shí)間常量測(cè)量總電流ITOTAL獲得的。顯然，這個(gè)方法開(kāi)始不能使用，所以預(yù)置平均值被用作初始啟動(dòng)條件。確定了平均值，可使用上下閾值測(cè)試離子束流中的任何變化。相對(duì)于平均離子束流測(cè)量閾值，并且它們可能偏離那個(gè)平均值不同的量。例如，這個(gè)偏移量可能對(duì)應(yīng)于下降50％。閾值通常是針對(duì)特定的注入方法的?；蛘甙衙總€(gè)單個(gè)離子束流測(cè)量和閾值比較，或者在和閾值比較前少量的連續(xù)測(cè)量自己平均(例如在1(毫秒)ms的短時(shí)間常量測(cè)量ITOTAL)?？赡茉黾拥牧硪粋€(gè)條件是在切斷離子束之前連續(xù)的讀數(shù)(例如十個(gè))應(yīng)該超過(guò)閾值。
如前面描述的，檢測(cè)到離子束干擾導(dǎo)致離子束23被切斷。這可以通過(guò)許多方法實(shí)現(xiàn)，雖然實(shí)現(xiàn)離子束23的快速去除是顯然有利的。至此，離子束23已經(jīng)通過(guò)中斷到電弧電源單元62的功率輸入被去除?，F(xiàn)在描述快得多的去除離子束23的一個(gè)替代方法。
圖9顯示與圖2顯示的類(lèi)似的離子源22，因此相同的標(biāo)號(hào)用于相同的部件。此外，在描述中會(huì)避免重復(fù)的描述。對(duì)比圖2查看圖9，顯示圍繞電弧電源單元62的電路已經(jīng)被修改以包括一對(duì)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)134a、134b。功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)134a、b允許快速切換，通常切換時(shí)間小于20(毫秒)ms。
功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)134a、134b被提供從圖9的136表示的公用線(xiàn)得到的命令信號(hào)?？梢钥吹竭@條線(xiàn)136分為兩路，一部分136a提供給第一開(kāi)關(guān)134a，信號(hào)的另一部分136b通過(guò)非門(mén)138提供給第二開(kāi)關(guān)134b。這確保開(kāi)關(guān)對(duì)134a、134b是以互相排斥方式工作的，也就是當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)134b關(guān)時(shí)，第一開(kāi)關(guān)134a是開(kāi)的，反之亦然。在圖9所示的裝置中，第一開(kāi)關(guān)134a是關(guān)的而第二開(kāi)關(guān)134b是開(kāi)的，以便離子源22被電弧電源62偏置(is biased)以確保陽(yáng)極50和陰極52之間的電勢(shì)差。這確保了離子生成，并因此提供用于注入晶片36的離子束23。
反轉(zhuǎn)線(xiàn)136上的信號(hào)倒置了兩個(gè)開(kāi)關(guān)134a、b，以便第一開(kāi)關(guān)134a是開(kāi)的而第二開(kāi)關(guān)134b是關(guān)的。這隔離了電弧電源62以直接連接室壁50到間接加熱的陰極52的管58。這導(dǎo)致陽(yáng)極50和陰極52之間的電勢(shì)差為零，引起等離子體的立即崩塌和離子束23的立即消失。
在這個(gè)方法中，等離子體的崩塌將導(dǎo)致離子源室38冷卻。從冷卻狀態(tài)重新啟動(dòng)離子源22將延長(zhǎng)離子束23的調(diào)整到先前穩(wěn)定的通量值的穩(wěn)定時(shí)間。這可以通過(guò)使用偏置電源60提高傳遞到燈絲54的功率或者提高通過(guò)燈絲54和管58的功率來(lái)避免。
再次反轉(zhuǎn)線(xiàn)136上的信號(hào)導(dǎo)致快速生成離子束23，因?yàn)閮蓚€(gè)開(kāi)關(guān)134a、b被倒置，以使陽(yáng)極50相對(duì)于陰極52偏置并且離子源22產(chǎn)生離子。這通過(guò)保持室48是熱的得以實(shí)現(xiàn)，如以上描述的。
正如技術(shù)人員將意識(shí)到的，在不偏離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，可以對(duì)以上描述的實(shí)施例進(jìn)行修改。
掃描方案的示例顯示在圖4到圖6中，但這些僅僅是示例并且本發(fā)明可以使用其他的方案。顯然本發(fā)明可能適合于沿著一條或多條預(yù)定的軌跡相對(duì)于襯底掃描離子束23的任何方案。軌跡可以是線(xiàn)性的、弓形的或者遵循其他的形狀。例如，在離子束遵循圍繞晶片的螺旋軌跡的情況下，可以使用螺旋掃描。如果使用光柵掃描，那么掃描線(xiàn)不需要是平行的，例如離子束可以遵循“Z”字形圖樣。在沿著軌跡的移動(dòng)可能被往復(fù)的情況，可以使用圖4和5說(shuō)明的方法。在移動(dòng)可能不往復(fù)的情況，可以使用圖5說(shuō)明的方法。
本發(fā)明也可和不同的整體掃描方案一起使用。例如，本發(fā)明可和交錯(cuò)的一系列光柵掃描68一起使用，也就是只有某些掃描線(xiàn)70允許一次掃描，其他漏掉的掃描線(xiàn)在下一次掃描被注入。例如，第一遍可能注入圖4A的第一、第五、第九……掃描線(xiàn)70，第二遍可能注入第二、第六、第十……掃描線(xiàn)70，第三遍可能注入第三、第七、第十一……掃描線(xiàn)70和第四、第八、第十二……掃描線(xiàn)70。晶片36在每遍掃描之間可能旋轉(zhuǎn)180°。可替代地，一系列光柵掃描68可能遵循相同的圖樣進(jìn)行晶片在多遍掃描之間可能旋轉(zhuǎn)(假如90°或者其他角度)以使每個(gè)光柵圖樣68與另一個(gè)圖樣68成一定角度。
本發(fā)明的上述實(shí)施例都用于使用光柵掃描68的晶片36的順序處理的背景下。如前面提到的，可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)(a)相對(duì)于固定的離子束23平移晶片36，(b)偏轉(zhuǎn)離子束23穿過(guò)固定的晶片36，或者(c)用平移晶片36和偏轉(zhuǎn)離子束23的混合方法。另外，本發(fā)明可用于晶片36的批處理，其中離子束23沿著多條掃描線(xiàn)70掃描通過(guò)每個(gè)晶片。例如，本發(fā)明可以用于包含輻條輪晶片支座(也就是多個(gè)晶片被固定在多個(gè)從中央輪軸伸出的輪輻上)的批處理注入機(jī)(batch implanter)。
上面給出的確定離子束23電流的方法僅僅是一個(gè)例子。離子束23電流也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)離子線(xiàn)電源(例如，預(yù)加速電源、透鏡電壓電源(lensvoltage power supply)、減速電源)，監(jiān)測(cè)從卡盤(pán)流到地的電流，或者通過(guò)使用電流夾方法來(lái)確定。電流夾方法包括把螺線(xiàn)管放在一部分離子束軌跡23的周?chē)?。離子束流中的任何變化將使流過(guò)螺線(xiàn)管的電流發(fā)生變化。因此離子束干擾可以通過(guò)測(cè)量流過(guò)螺線(xiàn)管的電流來(lái)檢測(cè)。
圖9所示的裝置特別適合去除和啟動(dòng)離子束23，因?yàn)樗目焖偾袚Q速度。但是，它只是接通和斷開(kāi)離子束23的方法之一。其他的可能包括改變預(yù)加速電壓、改變抽取電壓、改變質(zhì)量分析裝置中的磁場(chǎng)或者關(guān)閉質(zhì)量分辨狹縫。
圖9顯示具有間接加熱的陰極52的離子源22。離子源22不需要使用間接加熱的陰極52，并且取而代之的可以是單個(gè)燈絲54的設(shè)計(jì)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，燈絲54被用作陰極52以直接發(fā)射電子進(jìn)入離子源室48，并且經(jīng)常直接位于電子反射器的前面，電子反射器(electron reflector)被偏置以確保電子從燈絲54加速離開(kāi)。在這個(gè)裝置中，只需要一個(gè)電源單元以供應(yīng)電流到燈絲54，也就是圖9的燈絲電源56和偏置電源60由單個(gè)電源62取代，該電源給燈絲54提供電流。再次使用電弧電源單元以產(chǎn)生陽(yáng)極50和陰極52之間的電勢(shì)差。可替代地，可以使用弗里曼型的陰極。
權(quán)利要求
1.一種使用離子束在襯底中注入離子的方法，所述離子束的橫截面面積小于所述襯底，所述方法包括以下步驟(a)在所述襯底沒(méi)有所述離子束的情況下，產(chǎn)生一穩(wěn)定的離子束；(b)通過(guò)引起所述離子束與所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述離子束沿著至少一條軌跡橫掃過(guò)所述襯底，以對(duì)所述襯底進(jìn)行離子注入；(c)在步驟(b)的過(guò)程中，監(jiān)測(cè)所述離子束的不穩(wěn)定；(d)在檢測(cè)到所述離子束不穩(wěn)定時(shí)，切斷所述離子束，而所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行以離開(kāi)所述軌跡的未注入部分；(e)當(dāng)所述離子束在步驟(d)中被切斷時(shí)，記錄斷開(kāi)位置，該斷開(kāi)位置對(duì)應(yīng)于所述離子束相對(duì)于所述襯底的位置；(f)再次產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束；和(g)通過(guò)引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沿著所述軌跡的未注入部分繼續(xù)對(duì)所述襯底進(jìn)行注入。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(f)包括，在步驟(g)之前，在所述襯底上沒(méi)有所述離子束的情況下，產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束；步驟(g)包括引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便所述離子束在相反的方向沿著所述軌跡運(yùn)動(dòng)，即與步驟(b)中的方向相反，并且當(dāng)所述離子束通過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)，切斷所述離子束。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(g)包括在所述離子束在正向橫掃過(guò)所述軌跡的未注入部分之前，在所述斷開(kāi)位置，接通所述離子束，所述正向和步驟(b)的方向相同。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟(g)包括引起所述離子束和所述襯底在正向從一點(diǎn)沿著所述軌跡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便所述離子束在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在穿過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)被接通。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括在步驟(g)進(jìn)行的過(guò)程中，重復(fù)步驟(c)、(d)和(e)，以便如果檢測(cè)到第二個(gè)束不穩(wěn)定，則不對(duì)所述軌跡的中央部分進(jìn)行注入；并通過(guò)引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述離子束沿著所述軌跡的中央部分，運(yùn)動(dòng)穿過(guò)所述襯底，以對(duì)所述襯底進(jìn)行再次注入。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括以下步驟在所述中央部分之外沿著所述軌跡，開(kāi)始所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)?shù)谝淮未┻^(guò)斷開(kāi)位置時(shí)，接通所述離子束；并且當(dāng)穿過(guò)另一個(gè)斷開(kāi)位置時(shí)，切斷所述離子束。
7.如前面任何權(quán)利要求之一所述的方法，其中步驟(c)包括監(jiān)測(cè)返回電流。
8.一種在襯底中注入離子的方法，所述襯底固定在可以沿著第一平移軸雙向移動(dòng)的襯底支座上，所述方法包括以下步驟(a)在離子束離開(kāi)所述襯底的情況下，沿著所述第一軸，在鄰近所述襯底的起始位置，產(chǎn)生橫截面小于所述襯底的穩(wěn)定的離子束；(b)通過(guò)沿著所述第一軸移動(dòng)所述襯底支座，以便所述離子束沿著第一掃描線(xiàn)橫掃過(guò)所述襯底并繼續(xù)直到離開(kāi)所述襯底，進(jìn)行所述襯底注入；(c)引起所述離子束和所述襯底支座之間沿著第二條軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；(d)重復(fù)步驟(b)和(c)以注入穿過(guò)所述襯底的一系列掃描線(xiàn)；(e)在步驟(b)的注入過(guò)程中監(jiān)測(cè)所述離子束，并根據(jù)步驟(d)重復(fù)；(f)一旦檢測(cè)到離子束不穩(wěn)定時(shí)，切斷所述離子束，隨著所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)以離開(kāi)所述掃描線(xiàn)的未注入部分；(g)記錄斷開(kāi)位置，該斷開(kāi)位置對(duì)應(yīng)于當(dāng)所述離子束在步驟(f)被切斷時(shí)所述襯底支座的位置；(h)再次產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束；(i)通過(guò)沿著所述第一軸移動(dòng)所述襯底支座以使所述離子束掃描越過(guò)所述掃描線(xiàn)的未注入部分，以完成所述掃描線(xiàn)的注入；和(j)通過(guò)重復(fù)步驟(b)和(c)以完成穿過(guò)所述襯底的所述一系列掃描線(xiàn)來(lái)完成所述襯底的注入。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(c)包括沿著第二平移軸相對(duì)于固定的離子束平移所述襯底支座，所述第一軸和第二軸是垂直的。
10.如權(quán)利要求8或者9所述的方法，其中步驟(f)包括在切斷所述離子束之后，繼續(xù)沿著所述第一軸移動(dòng)所述襯底支座，以便假定所述離子束仍然是接通的，所述離子束完成所述掃描線(xiàn)并且在停止位置停止。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(h)包括，在所述離子束離開(kāi)所述襯底的情況下，在所述停止位置，產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束；步驟(i)包括沿著所述第一軸，移動(dòng)所述襯底支座，以在相反方向，循著所述掃描線(xiàn)，并且在步驟(i)的移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)所述襯底支座通過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)，切斷所述離子束。
12.如依賴(lài)于權(quán)利要求9時(shí)的從屬權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在步驟(h)中重新啟動(dòng)所述離子束時(shí)，確定所述離子束是否撞擊到所述襯底支座，如果是，那么使所述離子束和所述襯底支座之間沿著所述第二軸的有效相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到一個(gè)位置，在此位置，無(wú)需在往復(fù)所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)回到所述停止位置之前，撞擊所述襯底或者襯底支座，就可以產(chǎn)生所述離子束，以允許執(zhí)行步驟(i)。
13.如權(quán)利要求8、9和10中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在所述離子束仍然是斷開(kāi)的情況下，在相反的方向，沿著所述掃描線(xiàn)，移動(dòng)所述襯底支座，以便假定所述離子束是接通的，所述離子束返回所述開(kāi)始位置；在正向，沿著所述掃描線(xiàn)移回所述襯底支座，以完成所述的掃描線(xiàn)，其中所述離子束起初是斷開(kāi)的；并且在正向，沿著所述掃描線(xiàn)，所述離子束向回運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)所述襯底支座通過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)，重新啟動(dòng)所述離子束。
14.如權(quán)利要求11或者12所述的方法，進(jìn)一步包括在步驟(i)的過(guò)程中重復(fù)步驟(e)、(f)和(g)，以便如果在所述相反方向掃描時(shí)，如果檢測(cè)到第二個(gè)束不穩(wěn)定，不對(duì)所述掃描線(xiàn)的中央部分進(jìn)行注入；在所述離子束在第二個(gè)斷開(kāi)位置第二次被切斷以后，停止所述襯底支座的移動(dòng)；和在所述正向沿著所述掃描線(xiàn)移回所述襯底支座，并且在這個(gè)移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)所述襯底支座通過(guò)所述第二個(gè)斷開(kāi)位置時(shí)，接通所述離子束，并且當(dāng)所述襯底支座通過(guò)所述第一個(gè)斷開(kāi)位置時(shí)，斷開(kāi)所述離子束。
15.如權(quán)利要求8到14中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中步驟(e)包括檢測(cè)返回電流。
16.一種用于離子注入機(jī)的離子注入機(jī)控制器，所述離子注入機(jī)可用于產(chǎn)生注入到襯底中的離子束，其中所述離子束的橫截面面積小于所述襯底，所述控制器包括離子束切換裝置，可用于接通和斷開(kāi)所述離子束；掃描裝置，可用于引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以使所述離子束沿著至少一條軌跡橫掃過(guò)所述襯底；離子束監(jiān)測(cè)裝置，可用于在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，接收表示離子束通量的信號(hào)和檢測(cè)離子束中的不穩(wěn)定；和指示裝置，可用于確定在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述離子束相對(duì)于所述襯底的位置；其中所述控制器被設(shè)置以便所述離子束切換裝置可用于在所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)所述離子束監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到所述離子束中的不穩(wěn)定時(shí)，使離子束斷開(kāi)以離開(kāi)所述軌跡的未注入部分；所述指示裝置記錄當(dāng)離子束被切斷時(shí)離子束相對(duì)于所述襯底的斷開(kāi)位置；所述離子束切換裝置可用于使所述離子束再次接通；所述掃描裝置可用于引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便所述離子束沿著所述軌跡的未注入部分橫掃過(guò)所述襯底。
17.如權(quán)利要求16所述的控制器，其中所述控制器被設(shè)置以便所述掃描裝置可用于確保當(dāng)所述離子束切換裝置引起所述離子束再次接通時(shí)，所述襯底不在所述離子束的軌跡上；所述離子束監(jiān)測(cè)裝置可用于確定所述離子束是否穩(wěn)定；一旦所述離子束監(jiān)測(cè)裝置表明所述離子束是穩(wěn)定的，所述掃描裝置可用于引起所述離子束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述離子束在相反方向沿著所述軌跡運(yùn)動(dòng)；和所述離子束切換裝置可用于使當(dāng)所述離子束通過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)，切斷所述離子束。
18.如權(quán)利要求16所述的控制器，其中所述控制器被設(shè)置以便所述掃描裝置可用于引起所述離子束和所述襯底之間有效的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中所述離子束起初是斷開(kāi)的，以便假定所述離子束是接通的，所述離子束會(huì)在相同的正向，橫掃過(guò)所述軌跡的至少一部分，所述部分包括所述軌跡的未注入部分；和所述離子束切換裝置可用于使當(dāng)所述離子束通過(guò)所述斷開(kāi)位置時(shí)，接通所述離子束。
19.一種使用離子束對(duì)襯底進(jìn)行注入的離子注入機(jī)，包括離子源，可用于產(chǎn)生離子束；離子束監(jiān)測(cè)器，可用于檢測(cè)所述離子束中的不穩(wěn)定；襯底支座，其可沿著第一平移軸雙向運(yùn)動(dòng)，并且其可用于固定要進(jìn)行注入的襯底；和權(quán)利要求16到18的任一項(xiàng)權(quán)利要求中的所述控制器；其中所述離子束切換裝置可用于接通和斷開(kāi)所述離子源并因此接通和斷開(kāi)所述離子束；所述掃描裝置可用于引起所述襯底支座沿著所述第一軸移動(dòng)，并因此使所述離子束沿著至少一條軌跡橫掃過(guò)所述襯底；和所述離子束監(jiān)測(cè)器可用于以在檢測(cè)到不穩(wěn)定時(shí)，提供信號(hào)給所述離子束監(jiān)測(cè)裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的離子注入機(jī)，其中所述離子監(jiān)測(cè)器是返回電流監(jiān)測(cè)器。
21.一種用于離子注入機(jī)的離子源，其包括陰極、陽(yáng)極、相對(duì)于所述陰極偏置所述陽(yáng)極的偏置裝置、第一開(kāi)關(guān)、通過(guò)串聯(lián)的所述偏置裝置和所述第一開(kāi)關(guān)連接陽(yáng)極和陰極的第一電氣路徑，其中所述第一開(kāi)關(guān)可用于連通或者斷開(kāi)所述第一電氣路徑。
22.如權(quán)利要求21所述的離子源，進(jìn)一步包括連接陽(yáng)極和陰極的第二導(dǎo)體路徑，其至少部分平行延伸穿過(guò)所述的偏置裝置，所述部分包括可用于接通或者斷開(kāi)所述第二電氣路徑的第二開(kāi)關(guān)。
23.如權(quán)利要求22所述的離子源，其中所述第一開(kāi)關(guān)可用于響應(yīng)第一二元切換信號(hào)，并且所述第二開(kāi)關(guān)可用于響應(yīng)第二二元切換信號(hào)，所述第二二元切換信號(hào)是所述第一二元切換信號(hào)的補(bǔ)充。
24.如權(quán)利要求23所述的離子源，進(jìn)一步包括一個(gè)非門(mén)，其可用于從所述第一切換信號(hào)的一部分產(chǎn)生補(bǔ)充的第二切換信號(hào)。
25.如權(quán)利要求21到24任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子源，其中所述第一開(kāi)關(guān)是功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
26.如權(quán)利要求22到25任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子源，其中所述第二開(kāi)關(guān)是功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
27.一種離子注入機(jī)，其包括權(quán)利要求21到26中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子源。
28.一種斷開(kāi)權(quán)利要求21到26中所述離子源的方法，所述方法包括，響應(yīng)檢測(cè)到由所述離子源產(chǎn)生的所述離子束中的不穩(wěn)定，操作所述第一開(kāi)關(guān)以斷開(kāi)所述第一電氣路徑。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括增加供應(yīng)給所述陰極的功率。
30.如權(quán)利要求1到16中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中切斷所述離子束的步驟包括，根據(jù)權(quán)利要求29的方法切斷所述離子源。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于使用離子束在襯底中注入離子的方法以及和這種方法一起使用的離子注入機(jī)，其中離子束中可能出現(xiàn)不穩(wěn)定。本發(fā)明還關(guān)于用于產(chǎn)生離子束的離子源，所述離子束可以被快速切斷。實(shí)際上，本發(fā)明提供了一種注入離子的方法，其包括當(dāng)檢測(cè)到離子束中的不穩(wěn)定時(shí)，切斷離子束，同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行襯底相對(duì)于離子束的運(yùn)動(dòng)，以離開(kāi)穿過(guò)襯底的掃描線(xiàn)的未注入部分；再次產(chǎn)生穩(wěn)定的離子束，并通過(guò)對(duì)所述軌跡的未注入部分進(jìn)行注入，完成掃描線(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L21/425GK1638015SQ20051000058
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者M·福德, B·哈理森, M·法利, P·坎德斯利, G·萊丁, T·伊藤忠, S·韋爾斯 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司